Понятие о микропроцессорных системах (МПС) и микроконтроллерах

1.

ЛЕКЦИЯ № 14
Тема: Понятие о микропроцессорных
системах (МПС) и микроконтроллерах
Текст лекции по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессоры»
1

2.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Принципы построения МПС
2. Принципы организации микроконтроллеров.
ЛИТЕРАТУРА:
Основная литература
Л1. Нарышкин А.К. «Цифровые устройств и микропроцессоры»: учеб.
пособие для студ. Высш. Учебн. Заведений/ А. К. Нарышкин, 2 – е изд. Издательский центр «Академия», 2008г. с. 296 - 303
Дополнительная литература
Л5 Угрюмов Е.П.. Цифровая схемотехника. Уч. пособие для вузов –
СПб.: БХВ-Петербург, 2004. с.249-260
Л9 Б.А.Калабеков «Цифровые устройства и микропроцессорные
системы», М.: «Горячая линия - телеком», 2000 г. с..227-233, 290-303
2

3.

Контрольные вопросы
1. Определение МП, состав МП, назначение составных частей
2. Определение команды. Структура команды. Назначение
составных частей.
3. Состав МП. Состав и назначение операционного устройства.
4. Состав МП. Состав и назначение блока интерфейса.

4. 1. Принципы построения МПС

4

5. Основные понятия и определения

Микро-ЭВМ - это устройство обработки данных, содержащее
один или несколько МП, БИС постоянной и оперативной памяти,
БИС управления вводом и выводом информации и некоторые
другие схемы. В такой конфигурации микро-ЭВМ применяют как
встраиваемые контролеры.
Микро-ЭВМ служит для автоматического управления
процессом решения задачи.
5

6. Принципы организации микро-ЭВМ.

Принципы организации микроЭВМ.
1. Принцип программного управления.
Алгоритм решения задачи, записанный на машинном языке в
виде программы, реализуется автоматически последовательно во
времени на каждом интервале под воздействием одной команды.
(процесс решения задачи на основании обработки данных в
соответствии с заданным алгоритмом, осуществляется за счет
автоматического выполнения команд введенной в память
программы).
2. Принцип хранимой в памяти программы.
1)команды, как и операнды, задаются цифровыми кодами
фиксированной разрядности;
2) команды и операнды хранятся в общей памяти с линейноадресной организацией и задаются своими адресами. Это
позволяет заменять исходные данные, не изменяя при этом
6
программу.

7.

Структура микропроцессорной системы
При построении МПС пользуются тремя основными принципами:
• принципом модульной организации (т.е. МПС строится из набора
модулей);
• принципом магистрального обмена информацией (т.е. между
модулями организуются регулярные связи, объединяющие их
входы и выходы);
• принципом микропрограммного управления (т.е. каждая команда
МП представляется в виде последовательности микрокоманд.
7

8.

Структура микропроцессорной системы
Интерфейс МП
Шина адреса (ША)
Шина
МП
Шина
ПЗУ
Схема
синхронизации
и
начальной
установки
ОЗУ
Интерфейс памяти
данных (ШД)
управления (ШУ)
ППА
Параллельное УВВ
...
ПСА
Последовательное УВВ
Интерфейс периферийного
оборудования
8

9.

Структура микропроцессорной системы
1. Центральное место в структуре МПС занимает микропроцессор.
Микропроцессор непосредственно выполняет арифметические и
логические операции над данными, осуществляет программное
управление процессом обработки информации, организует
взаимодействие всех устройств, входящих в систему.
2. Схема синхронизации и начальной установки осуществляет
управление событиями во времени и согласует работу МПС. В
состав данного узла входят генератор тактовых импульсов и таймер.
Генератор тактовых импульсов с помощью прямоугольных
тактовых импульсов задает цикл команды - интервал времени,
необходимый для считывания (выборки) команды из памяти и ее
исполнения. Таймер задает время исполнения команды. Возможно
использование таймера в качестве счетчика.
3. Основная память системы состоит из постоянного
запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативного запоминающего
устройства (ОЗУ).
9

10.

Структура микропроцессорной системы
4. Устройства ввода и вывода – технические средства для передачи
данных из вне или наоборот. Данные устройства обеспечивают
перевод сигналов, форматов слов, и т.п. к стандартному виду,
воспринимаемому МП.
Устройство ввода осуществляет ввод в систему команд и данных,
подлежащих обработке.
Устройство вывода преобразует выходные данные в форму,
удобную для восприятия пользователем или для хранения.
5. Буферные устройства (устройства сопряжения).
Таковыми являются программируемый периферийный адаптер
(ППА) и программируемый связной адаптер (ПСА). ППА
обслуживает периферийные устройства с передачей информации
параллельным кодом, а ПСА - последовательным кодом.
6. Сопряжение между основными модулями МПС и между
периферийными устройствами осуществляется с помощью
интерфейса. Сопряжение осуществляется по ША, ШД, ШУ.
10

11.

Функционирование МПС
Функционирование микропроцессорной системы сводится к
выполнению определенной последовательности действий.
Общий принцип функционирования - это получение данных от
различных периферийных устройств (с клавиатуры терминала, от
дисплеев, из каналов связи, различного типа внешних
запоминающих устройств), обработка данных и выдача результата
обработки на периферийные устройства (ПУ). Причем данные от
ПУ, подлежащие обработке, могут поступать и в процессе их
обработки.
11

12.

Этапы функционирования МПС
1. Работа с данными и командами.
- МП выдает на шину адреса адрес очередной команды.
- Из ШУ в ОЗУ поступают сигналы, обеспечивающие чтение
содержимого указываемой шиной адреса ячейки памяти.
- Запрошенная команда выдается на шину данных и далее в МП
- Дешифрация команды. При необходимости МП выставляет на
шину адреса адрес ячейки, хранящей требуемые данные.
- МП принимает данные через шину данных.
- Выполняется операция над данными.
- После завершения выполнения текущей команды на шину адреса
выдается адрес следующей команды и описанный процесс
повторяется.
12

13.

Этапы функционирования МПС
2. Выдача результатов на периферийное устройство.
- До начала обмена данными с ПУ МП через ШД должен выдать в
контролер обмена информацию о режимах, используемых при
передаче и направлениях передачи данных (от МП к ПУ либо,
наоборот, от ПУ к МП).
- Подача на контролер управляющих сигналов. Данные из ПУ
принимаются в регистр контролера.
- Данные контролером выдаются на ЩД и принимаются в МП.
13

14.

Этапы функционирования МПС
3. Обмен данными между памятью и периферийными
устройствами.
а). Обмен данными с низкоскоростными периферийными
устройствами.
- Если моменты обмена данными не предусмотрены в программе, то
они определяются ПУ подачей в МП сигналов прерывания.
- МП прекращает выполнение основной программы и запоминает
промежуточные результаты в стеке.
- МП исполняет команды прерывающей программы.
- МП возвращается к выполнению основной программы.
14

15.

Этапы функционирования МПС
3. Обмен данными между памятью и периферийными
устройствами.
б). Обмен данными с высокоскоростными периферийными
устройствами.
Используется режим прямого доступа к памяти (ПДП).
- МП отключается от ША и ШД. Обмен организуется контролером
ПДП.
- В процессе обмена контролер ПДП выдает на ША адрес ОЗУ.
- После окончания передачи слова между ОЗУ и ПУ через ШД
контролер ПДП увеличивает на единицу значение адреса,
выдаваемого на шину адреса.
- После завершения передачи заданного количества слов контролер
ПДП прекращает обмен, информируя об этомМП.
- МП восстанавливает связь с ША и ШД и продолжает выполнение
программы.
15

16.

Вывод по 1 вопросу
1. Принципами
организации
МПС
являются
принцип
программного управления и принцип хранимой в памяти
программы.
2. Функционирование МПС - это получение данных от различных
периферийных устройств, их обработка и выдача результата
обработки на периферийные устройства (ПУ).
16

17. 2. Принципы организации микроконтроллеров

17

18.

Основные понятия и определения
Микроконтроллеры (МК) - это разновидность
микропроцессорных систем (микро-ЭВМ), ориентированная на
реализацию алгоритмов управления техническими устройствами и
технологическими процессами.
Вторым названием МК стало название "однокристальная
микроЭВМ".
Разница между МК и микроЭВМ универсального назначения
заключается в следующем: малый объем памяти и менее
разнообразный состав внешних устройств.
18

19.

Классификация МК:
1. По числу разрядов.
8- разрядные МК
16- разрядные МК
32- разрядные МК
19

20.

Структура МК
20

21.

Структура МК
В состав МК АТ89С входят:
а) генератор тактовых импульсов ГТИ;
б) раздельные блоки программной памяти типа Флэш и ОЗУ
данных. При необходимости возможно подключение внешних БИС
ПЗУ, ОЗУ для расширения пространства памяти.
в) Средства ввода/вывода - 4 параллельных порта (32 линии) и
линии TxD (выход передатчика) и RxD (вход приемника) для
последовательного ввода/вывода. Функции линий параллельных
портов совмещены, и в разных режимах имеют разное назначение.
г) 2—3 таймера-счетчика (16-разрядных), которые дают системные
метки времени и отрабатывают интервалы.
д) Система прерываний с 5 источниками запросов радиального
типа (обслуживает 2 внешних запроса, 2 запроса от таймеров и 1 от
последовательного порта.
При частоте ГТИ 12 МГц большинство команд выполняется за 1
21
мкс, некоторые команды — за 2 мкс.

22.

Вывод по 2 вопросу
1. Микроконтроллеры
(МК)
это
разновидность
микропроцессорных систем (микро-ЭВМ), ориентированная на
реализацию алгоритмов управления техническими устройствами
и технологическими процессами.
22

23.

Заключение
1. МПС - вычислительная или управляющая система с МП в
качестве узла обработки информации.
2. Функционирование МПС - это получение данных от различных периферийных устройств, их обработка и выдача
результата обработки на ПУ.
3. Микроконтроллеры - это разновидность микропроцессорных
систем (микро-ЭВМ), ориентированная на реализацию
алгоритмов управления техническими устройствами и
технологическими процессами.
23